【正文】 投入較低的PLC設(shè)備費(fèi)用，就可以迅速進(jìn)入通信和網(wǎng)絡(luò)市場，為其創(chuàng)造新的利潤。這就使得PLC作為最后一公里解決方案成為可能。由于數(shù)字技術(shù)和中央處理機(jī)的應(yīng)用，準(zhǔn)數(shù)字電力載波機(jī)提高了整機(jī)的性能，同時(shí)增加了許多控制功能，如：技術(shù)人員可以使用微機(jī)通過串口對DSP和中央處理機(jī)進(jìn)行編程，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和更改。只提供單工傳輸，載波工作頻率為40～500kHz，外加專用的調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。在這種形勢下，本文描述了輸電線載波通信技術(shù)的發(fā)展歷程、國內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)和規(guī)范，對PLC技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)接入、電力配網(wǎng)自動(dòng)化及遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了一定的探索，并將PLC接入方式與其它的一些互聯(lián)網(wǎng)接方式進(jìn)行了比較，為實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化及用戶遠(yuǎn)程抄表作相關(guān)準(zhǔn)備。同時(shí)，由于輸電線載波通信環(huán)境惡劣，許多技術(shù)問題一直困撓人們。盡管隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，上網(wǎng)的人數(shù)越來越多。它所創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益正日益引起人們的關(guān)注。輸電線通信技術(shù)，已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，在中高壓電力網(wǎng)(35 kV以上)上通過輸電線載波機(jī)利用較低的頻率(9～490 kHz)以較低速率傳送遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)或話音，就是輸電線通信技術(shù)應(yīng)用的主要形式之一。輸電線載波通信技術(shù)及其應(yīng)用畢業(yè)論文目 錄摘 要 ......................................................................iAbstract ...................................................................ii1 引言 ......................................................................12 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ..............................................3 輸電線載波通信發(fā)展的歷程 ...............................................3 輸電線載波通信發(fā)展的背景 ...............................................4 輸電線載波通信技術(shù)的發(fā)展方向 ...........................................63 輸電線載波通信可行性分析 ..................................................7 低壓輸電線載波信道分析 .................................................7 輸電線的輸入阻抗也會(huì)發(fā)生較大幅度的改變 .................................7 輸電線載波通信的特點(diǎn) ..................................................11 高壓載波路由合理，通道建設(shè)投資相對較低 ..........................11 傳輸頻帶受限，傳輸容量相對較小 ..................................11 可靠性要求高 ....................................................11 線路噪聲大 ......................................................11 線路阻抗變化大高壓 ..............................................12 線路衰減大且具有時(shí)變性 ..........................................12 對外界的干擾 ....................................................13 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求更高 ................................................134 輸電線載波通信的特點(diǎn)及主要技術(shù)和規(guī)范 .....................................14 輸電線通信特點(diǎn) ........................................................14 輸電線通信的相關(guān)技術(shù)規(guī)范 ..............................................155 基于輸電線載波通信的自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì) .....................................18 基于輸電線載波通信的自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性、可行性 ..................18 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) ..............................................................20 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ..............................................................21 自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng) ..........................................22 硬件設(shè)計(jì) ..............................................................246 輸電線載波技術(shù)存在的問題及發(fā)展展望 .......................................39結(jié) 論 .....................................................................40結(jié)束語 .....................................................................41致 謝 .....................................................................42參考文獻(xiàn) ...................................................................43 1 引言輸電線載波通信技術(shù)(Power Line CommunICation Technology)簡稱PLC，是指利用遍布城鄉(xiāng)的各級高、中、低壓，輸電線作為信息傳輸媒介，在其上構(gòu)筑高速數(shù)據(jù)通道，為用戶提供進(jìn)行高速互聯(lián)網(wǎng)訪問、視頻點(diǎn)播、IP電話、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)确?wù)，從而形成集數(shù)據(jù)、語音、視頻及電力在內(nèi)于一體的“四網(wǎng)合一”的一種通信方式。在低壓(220 V)領(lǐng)域，PLC技術(shù)首先用于負(fù)荷控制、遠(yuǎn)程抄表、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)和家居自動(dòng)化，其傳輸速率一般為1200 bps或更低，稱為低速PLC。利用該技術(shù)，不僅可以組成小區(qū)配電變壓器供電范圍內(nèi)的寬帶接入網(wǎng)，而且可以利用遍布家庭各個(gè)房間的電源插座組成家庭局域網(wǎng)，作為其他寬帶接入方式的延伸和補(bǔ)充。由于網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速是由帶寬最窄的一段網(wǎng)絡(luò)決定最終的速度。其中，最主要的問題在于噪音和信號(hào)衰減。2 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 輸電線載波通信發(fā)展的歷程 PLC作為電力系統(tǒng)傳輸信息的一種基本手段，在電力系統(tǒng)通信和遠(yuǎn)動(dòng)控制中得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)歷了從分立到集成，從功能單一到微機(jī)自動(dòng)控制，從模擬到數(shù)字的發(fā)展歷程，PLC中的核心——輸電線載波機(jī)歷經(jīng)了模擬輸電線載波機(jī)、準(zhǔn)數(shù)字輸電線載波機(jī)、全數(shù)字輸電線載波機(jī)三個(gè)階段。早期的模擬輸電線載波機(jī)解決了利用輸電線進(jìn)行通信的問題，但是它具有模擬通信固有的通信質(zhì)量差、通信容量小、傳輸速率低等缺點(diǎn)。 目前PLC已經(jīng)發(fā)展到第三代全數(shù)字PLC。下表是模擬、數(shù)字化(數(shù)字式)和全數(shù)字輸電線載波機(jī)的性能對比：，數(shù)字化(數(shù)字式)和全數(shù)字輸電線載波機(jī)的性能對比 輸電線載波通信發(fā)展的背景 為適應(yīng)電力系統(tǒng)內(nèi)部管理的需要，電力系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)建成以IP技術(shù)及ATM技術(shù)相結(jié)合的管理管理信息網(wǎng)絡(luò)。 此外，利用高速PLC提供的電力增值服務(wù)為電力公司節(jié)省了大筆的費(fèi)用，這些服務(wù)包括遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表、需求側(cè)管理、負(fù)荷控制、實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)及實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的接入等。 在最后一公里的解決方案中，PLC能夠充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)，無需任何布線，是一種“No NowWircs”技術(shù)，和其他接入方式相比有很多優(yōu)勢。 4)輸電線入戶率高，覆蓋范圍大，是目前世界上最大的有線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，具有取代目前所有局域通信、光纖網(wǎng)的巨大潛力。 8)遠(yuǎn)程自動(dòng)讀出水、電、氣表數(shù)據(jù)，為公用事業(yè)公司節(jié)省大量的抄表費(fèi)用，也方便了用戶。 11)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、話音、視頻、電力“四網(wǎng)合一” ，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。包括自動(dòng)照明控制、消防報(bào)警、自動(dòng)抄表以及數(shù)據(jù)監(jiān)控等系統(tǒng)。這樣才能選擇用何種調(diào)制解調(diào)方式及采用何種通信協(xié)議。 由于10KV以上中高壓輸電線信道環(huán)境較好，利用10 kV以上中高壓輸電線為信號(hào)傳輸通道的輸電線載波電話已經(jīng)獲得了廣泛使用，對高壓輸電線進(jìn)行高頻信號(hào)傳輸?shù)难芯恳呀?jīng)非常深入和成熟。研究輸入阻抗，對于提高發(fā)送機(jī)的效率，增加網(wǎng)絡(luò)的輸入功率有重要意義。在理想情況下，當(dāng)沒有負(fù)載時(shí)，輸電線相當(dāng)于一根均勻分布的傳輸線。3. 2 輸入電線的輸入阻抗也會(huì)發(fā)生較大幅度的改變 由于低壓輸電線輸入阻抗的劇烈變化，使發(fā)送機(jī)功率放大器的輸出阻抗和接收機(jī)的輸入阻抗難以與之保持匹配，因而給電路設(shè)計(jì)帶來很大的困難。人為干擾則是由連接在輸電線上的用電設(shè)備產(chǎn)生的，并對數(shù)據(jù)通信有更嚴(yán)重的影響。在以前的研究中發(fā)現(xiàn)，諧波噪聲以交流電頻率(fk)的整數(shù)倍出現(xiàn)，因此我們有理由相信干擾也會(huì)存在周期性的傾向。由于通常使用的輸電線載波通信設(shè)備的工作頻率都在10KHz以上；所以這種干擾必然會(huì)對它們的正常工作產(chǎn)生很大的影響。這些高次諧波只存在于工頻的整數(shù)倍的頻率內(nèi)，但是能量較大；且頻率有可能延伸到幾萬赫茲。這種干擾表現(xiàn)為平均功率較小，但是頻譜很寬而且持續(xù)存在。這種隨機(jī)干擾通常是由于高壓開關(guān)的操作、雷電、較大的負(fù)荷變化、輸電線路上的短路故障等引起的，往往是能量很大的脈沖干擾或脈沖群干擾，持續(xù)時(shí)間較短，但是能量很集中，頻譜也很寬。這樣的雷擊過電壓在低壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳播時(shí)，遇阻抗不同的節(jié)點(diǎn)時(shí)將發(fā)生反射，產(chǎn)生振蕩波，其頻率和傳播速度與電路內(nèi)的各種參數(shù)有關(guān)。 上述這些干擾的持續(xù)時(shí)間較短，從幾十微秒到幾秒不等，強(qiáng)度大小也不等，出現(xiàn)時(shí)間也是隨機(jī)的，具有限大的不可預(yù)測性。出于與信號(hào)衰減多變性同樣的原因；低壓輸電線上的干擾也存在多變性。對于一般的用戶，我國采用的是220V交流兩線電。后者是因?yàn)楦蓴_在輸電線上的傳播也要遵循高頻信號(hào)在輸電線上的傳播特性，會(huì)受到輸電線上衰減特性的影響，因而對距離、負(fù)載分布等也很敏感。因此高頻信號(hào)在低壓輸電線上的傳輸必然存在衰減。這些復(fù)雜現(xiàn)象的組合，使信號(hào)的衰減隨距離的變化關(guān)系變得非常復(fù)雜，有可能出現(xiàn)近距離點(diǎn)的衰減比遠(yuǎn)距離點(diǎn)還大的現(xiàn)象。有時(shí)高頻信號(hào)在工頻電源的某個(gè)相位范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生較大的衰減變化。除此之外；開關(guān)電源會(huì)向輸電線上施放大量高頻干擾，從而影響通信系統(tǒng)的工作。同時(shí)，信號(hào)傳輸距離對信號(hào)衰減程度也起著決定性的影響，隨著距離的增加；衰減會(huì)迅速地增加。 輸電線載波通信的特點(diǎn) 高壓載波路由合理，通道建設(shè)投資相對較低 高壓輸電線路的路由走向沿著終端站到樞紐站，再到調(diào)度所，正是電力調(diào)度通信所要求的合理路由，并且載波通道建設(shè)只需結(jié)合加工設(shè)備的投入而無須考慮線路投資，因此當(dāng)之無愧成為電力通信的基本通信方式，尤其在邊遠(yuǎn)地區(qū)更是這樣。，傳輸容量相對較小 在高壓電網(wǎng)中，一般考慮到工頻諧波及無線電發(fā)射干擾，輸電線載波的通信頻帶限制于40～500kHz之內(nèi)，按照單方向占用4kHz帶寬計(jì)算，理想情況下一條線路可安排115條高頻載波通道。在10kV中壓配電網(wǎng)和低壓用戶配電網(wǎng)中，除了新上的載波信號(hào)之外，不存在其它高頻信號(hào)，并且一般為多址傳輸，因此通道容量問題并不突出。 線路噪聲大 輸電線路作為通信媒介帶來的噪聲干擾遠(yuǎn)比電信線路大得多，在高壓輸電線路上，游離放電電暈、開關(guān)操作等產(chǎn)生的噪聲比較大，尤其是突發(fā)噪聲具有較高的電平。低壓電力載波通道的噪聲有背景噪聲、脈沖噪聲、同步和非同步噪聲及無線電廣播的干擾等構(gòu)成。 線路阻抗變化大高壓 輸電線阻抗一般為300～400Q，在線路上呈波動(dòng)狀態(tài)，現(xiàn)場實(shí)測表明，在波動(dòng)幅度達(dá)到l/2左右時(shí)，對載波通道衰減將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。工頻運(yùn)行方式的改變、線路換位、其它載波機(jī)帶外亂真發(fā)射、載波通道間的串?dāng)_、線路分支線的長短以及絕緣子污穢、刮強(qiáng)風(fēng)、下小雨、線路冰凌及阻波器調(diào)諧線圈性能等多種因素會(huì)對載波通道的衰減產(chǎn)生影響。 對外界的干擾 由于高壓輸電線載波頻段限制在40～500kHz，只要控制載波機(jī)的諧波和交調(diào)亂真發(fā)射功率足夠小，即可避免對外界的干擾。以往的輸電線載波機(jī)主要靠自動(dòng)盤和音轉(zhuǎn)接口實(shí)現(xiàn)小范圍的聯(lián)網(wǎng)，而將載波機(jī)與調(diào)度機(jī)協(xié)同考慮，實(shí)現(xiàn)載波機(jī)協(xié)同變電站調(diào)度機(jī)的組網(wǎng)應(yīng)用以及適當(dāng)設(shè)置能夠與通信網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)采集變送器應(yīng)當(dāng)是我們近幾年考慮的問題。 早在1992年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO就對輸電線數(shù)據(jù)系統(tǒng)作過說明。數(shù)據(jù)包均由啟始頭文件引導(dǎo)。低速率數(shù)據(jù)傳輸一般用于范圍小、數(shù)據(jù)采集量少的場合，如電表、水表的抄表系統(tǒng)。傳輸信號(hào)的零到零帶寬從140kHz到400kHz。在全數(shù)字PLC中，可以采用當(dāng)前流行的語音壓縮編碼技術(shù)，對語音信號(hào)經(jīng)過壓縮編碼，降低輸入信號(hào)的冗余，提高了頻帶利用率；